Тема: Техническая база информационной технологии.
1.Аппаратное обеспечение информационной технологии.
Основным техническим средством реализации информационной технологии (ИТ) является компьютер.
Компьютер – универсальное многофункциональное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией – обработки, хранения и обмена информацией с внешними объектами.
Работа компьютера моделирует информационные функции человека, которые имеют четыре основных компонента:
* Прием (ввод) информации. Человек воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих 5 органов чувств – зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса;
* Запоминание информации (память);
* Процесс мышления (обработка информации);
* Передача (вывод) информации.
Собственную память человека можно назвать внутренней памятью, т.к. носитель этой памяти – мозг – находится внутри человека. Память человека можно также считать оперативной памятью, т.к. это очень быстрая, практически мгновенная память.
Человеку постоянно приходится заниматься обработкой информации, которая включает:
* Получение новой информации из первичных данных путем математических вычислений, сравнения данных или логических рассуждений;
* Изменение формы представления информации без изменения ее содержания, например, перевод на другой язык, кодирование текста и т.д.;
* Упорядочивание и сортировка информации в определенной последовательности;
|
|
|
* Поиск нужной информации в некотором информационном массиве и т.д.
ПК имеет 4 типа устройств, моделирующих информационные функции человека:
* Устройства ввода информации: клавиатура, мышь, сканер, модем и др.;
* Устройства вывода информации: дисплей, принтер, плоттер (графопостроитель) и др.;
* Устройства для обработки информации: микропроцессор;
* Устройства памяти: внутренняя и внешняя память.
Конструктивно ПК выполняются в виде системного центрального блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства.
Существует также понятие, как базовая аппаратная конфигурация – минимальная типовая конфигурация, в виде которой обычно поставляется компьютер.
Стандартная конфигурация включает 4 устройства:
* Системный блок,* Клавиатура,* Мышь,* Видеотерминальное устройство – дисплей.
Конфигурацию компьютера можно менять, дополнять внешними периферийными устройствами, к которым относятся:
* Принтер,* Модем,* Сканер,* Колонки и др.
Системный блок включает:
* Блок питания,* Системную (материнскую) плату, на которой размещается микропроцессор, блоки (микросхемы) запоминающих устройств основной памяти (ОЗУ и ПЗУ), системную шину и др.,* Накопители на дисках,* Разъемы для дополнительных устройств – звуковых карт, видеоплат и др.
|
|
|
Микропроцессор – (центральный процессор) - «мозг» компьютера – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
2. Организация и представление данных в компьютере. Единицы измерения количества информации.
(СМ. вопрос 6.1)
3.История развития средств вычислительной техники.
Эволюция средств вычислительной техники началась с зарождения рыночных отношений, что привело к необходимости использовать средства для упрощения операций по расчетам.
Ручные средства. Пользователи – купцы, ростовщики, менялы.
* Абак - четвертое тысячелетие до н. э. – глиняная доска с желобками и камнями.
* Четки с бусинами различного цвета и размера - вариант абака.
* Таблицы на поверхностях столов – средние века – Европа.
Метод - счет на линиях. Примечательно: в английском языке «стол» и «таблица» обозначаются одним словом – table.
* Русские счеты - изобретены в России. Более эффективны –– применяются до сих пор.
Механические средства. Основа – часовые механизмы – шестерни и пр.
* 1623 г. - Германия - Вильгельм Шикард – устройство для сложения чисел.
|
|
|
* 1642 г. - Франция – Блез Паскаль – механический сумматор – выпускался серийно.
* 1673 г. - Германия – Вильгельм Готфрид Лейбниц – механический калькулятор – операции умножения и деления выполнялись как циклическое сложение и вычитание.
Начало применения автоматизации вычислений - девятнадцатый век.
База – жесткие программы, выполненные на принципах использования устройств в музыкальных шкатулках и механических музыкальных инструментах, т.е. усовершенствованные средневековые программные механизмы башенных часов – курантов.
* 1804 г. - принцип перфокарты (лист тонкого картона с отверстиями для считывания) – ткацкий станок Жаккарда.
* 1820 г. - арифмометр Томаса де Кольмара – выпускался серийно в течение 90 лет.
* 1834 г. - Англия - «Аналитическая машина» - Чарльз Беббидж – первый программируемый компьютер на перфокартах.
Леди Ада Лавлейс – дочь лорда Байрона – разработка основных принципов программирования. В 20-м веке ее именем был назван один из языков программирования «АДА».
Электромеханические средства.
1890 г. - США – Герман Холлерит – табулятор – электромеханический программируемый калькулятор, использующий перфокарты.
|
|
|
Всё последующее развитие вычислительных средств шло по пути усовершенствования использования принципов перфокарты и перфоленты. Вычисления производились наборами электромеханических устройств – реле, включающих или выключающих те или иные узлы.
Электронные средства.
* 1944 г. - «Mark 1» – первая ЭВМ на электронных лампах. Вес – 7 тонн. Состояла из 750000 частей. Программы вводились с перфоленты.
* 1945 г. - «ENIAC» –самый мощный компьютер того времени. Вес – 70 тонн. Состояла из 18000 электронных ламп.
Далее – бурное развитие как самих ЭВМ на базе использования транзисторов, заменивших электронные лампы, а затем и интегральных схем и чипов, так и математического и программного обеспечения. Появление ПК.
1973 г. Xerox PARC – первый персональный ПК с монитором.
1981 г. IBM PC (IBM 5150) – компьютер с частотой 4,77 МГц, 64 кб оперативной памяти, дисплеем и флоппи – дисководом 160 кб. Стоимость – 3000 долларов
4.Классификация компьютеров по принципу действия.
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса:
* аналоговые;
* цифровые;
* гибридные.
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.
ЦВМ — цифровые вычислительные машины или вычислительные машины дискретного действия — работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме.
АВМ — аналоговые вычислительные машины или вычислительные машины непрерывного действия — работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
ГВМ — гибридные вычислительные машины или вычислительные машины комбинированного действия — работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на этих машинах, как правило, не трудоемкое. Скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше чем у ЦВМ), неточность решения задач очень низкая (относительная погрешность до 2-5 %). На АВМ (аналоговые вычислительные машины) эффективно решаются математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
В экономике, в науке и технике получили подавляющее применение ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ).
5.Классификация компьютеров по этапам создания и элементной базе.
По этапам создания и элементной базе компьютеры условно делятся на поколения:
1-е поколение, 50-е годы ХХ в.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Для построения оперативной памяти уже с середины 50-х годов начали применяться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники. В качестве устройства ввода - вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем специально были разработаны электромеханические запоминающие устройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродействующие печатающие устройства.
Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, потребляли большую мощность, имели сравнительно малое быстродействие, малую емкость оперативной памяти, невысокую надежность работы. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти - несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы.
В них автоматизации подлежал только шестой этап, так как здесь практически отсутствовало какое-либо программное обеспечение. Все пять предыдущих пользователь должен был готовить вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных кодов программ. Трудоемкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях. Поэтому в ЭВМ следующих поколений появились сначала элементы, а затем целые системы, облегчающие процесс подготовки задач к решению.
2-е поколение, 60-е годы ХХв.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
На смену лампам в машинах второго поколения (начало 60-х годов XX в.) пришли транзисторы. Компьютеры стали обладать большими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики возросли на 1-2 порядка. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность. Большим достижением явилось применение печатного монтажа. Повысилась надежность электромеханических устройств ввода - вывода, удельный вес которых увеличился. Машины второго поколения стали обладать большими вычислительными и логическими возможностями.
Особенность машин второго поколения - их дифференциация по применению. Появились компьютеры для решения научно-технических и экономических задач, для управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины).
Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развиваются методы и приемы программирования вычислений, высшей ступенью которых является появление систем автоматизации программирования, значительно облегчающих нелегкий труд математиков-программистов. Большое развитие и применение получили алгоритмические языки (Алгол, Фортран и др.), существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению. С появлением алгоритмических языков резко сократились штаты чистых программистов, поскольку составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям.
3-е поколение, 70-е годы ХХв.: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни — тысячи транзисторов в одном корпусе).
Третье поколение ЭВМ (в конце 1960-х - начале 1970-х годов) характеризуется широким применением интегральных схем.
Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число активных элементов (диодов и транзисторов) - представляет собой законченный логический и функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме.
Благодаря использованию интегральных схем удалось улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Вычислительная техника стала иметь широкую номенклатуру устройств, позволяющих строить разнообразные системы обработки данных, ориентированные на различные применения. Этому способствовало также применение многослойного печатного монтажа.
В компьютерах третьего поколения значительно расширился набор различных электромеханических устройств ввода и вывода информации. Развитие этих устройств носит эволюционный характер: их характеристики улучшаются гораздо медленнее, чем характеристики электронного оборудования.
Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения (ПО) и развития его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Именно здесь слово «ЭВМ» всё чаще стало заменяться понятием «вычислительная система», что в большей степени отражало усложнение как аппаратурной, так и программной частей ЭВМ.
Операционная система (ОС) планирует последовательность распределения и использования ресурсов вычислительной системы, а также обеспечивает их согласованную работу.
Под ресурсами обычно понимают те средства, которые используются для вычислений:
* машинное время отдельных процессоров или ЭВМ, входящих в систему;
* объемы оперативной и внешней памяти;
* отдельные устройства,
* информационные массивы;
* библиотеки программ;
* отдельные программы, как общего, так и специального применения и т.п.
В машинах третьего поколения существенно расширены возможности по обеспечению непосредственного доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, в том числе и значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство общения абонента с машиной достигается за счет развитой сети абонентских пунктов, связанных с ЭВМ информационными каналами связи, и соответствующего программного обеспечения.
4-е поколение, 80-90-е годы ХХв.: компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах, основная из которых — микропроцессор (сотни тысяч — десятки миллионов активных элементов в одном кристалле).
БИС - большие интегральные схемы содержат плотно упакованные активные элементы. Все электронное оборудование компьютера 1-го поколения, занимавшего зал площадью 100-150 м2 размещается в одном микропроцессоре площадью 1,5-2 см2. Расстояния между активными элементами в сверхбольшой интегральной схеме составляют десятые доли микрона. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет несколько десятков микрон.
Для машин четвертого поколения (80-е годы XX в.) характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это в свою очередь оказывает существенное воздействие на логическую структуру ЭВМ и ее программное обеспечение. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы.
В недрах четвертого поколения с появлением в США микропроцессоров (1971 г.) появился новый класс вычислительных машин - микроЭВМ, на смену которым в 1980-х годах пришли персональные компьютеры (ПК). В этом классе ЭВМ наряду с БИС стали использоваться сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) 32-, а затем 64-разрядности.
5-е поколение, настоящее время: компьютеры со многими десятками, сотнями и тысячами параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих большое количество последовательных инструкций программы.
6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейронной структурой, с распределённой сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Каждое следующее поколение компьютеров имеет по сравнению с предшествующим ему поколением существенно лучшие характеристики. Так, производительность компьютеров и ёмкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.
Соответствующим образом эволюционировали и компьютерные технологии .
6.Классификация компьютеров по принципам функционирования и использования.
Различают :
* большие ЭВМ,* мини - ЭВМ,* микро – ЭВМ,* ПК - персональные компьютеры (Классификация ПК будет рассмотрена ниже).
1. Большие ЭВМ или мэйнфреймы (mainframe)..
Самые мощные компьютеры, применяющиеся для обслуживания очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет многие десятки человек. На базе таких суперкомпьютеров создаются ВЦ - вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов.
Несмотря на широкое распространение ПК, значение больших ЭВМ не снижается. Из-за высокой стоимости их обслуживания при работе больших ЭВМ принято планировать и учитывать каждую минуту. Для экономии времени работы больших ЭВМ малопроизводительные операции ввода, вывода и первичной подготовки данных выполняют с помощью ПК, работающих в комплексе с ними. Подготовленные данные передают на большую ЭВМ для выполнения наиболее ресурсоёмких операций.
Центральный процессор — основной блок ЭВМ, в котором непосредственно и происходит обработка данных и вычисление результатов. Он состоит из большого числа стоек, содержащих отдельные его модули и размещается в специальном зале, к которому предъявляются повышенные требования по вентиляции и охлаждению.
Большие ЭВМ обслуживаются следующими структурными подразделениями ВЦ:
Группа системного программирования:
* Персонал - системные программисты.
* Функции - разработка, отладка и внедрение программного обеспечения, необходимого для функционирования самой вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием.
* Вывод - группа системного программирования обеспечивает программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.
Группа прикладного программирования:
* Персонал - прикладные программисты.
* Функции - создание программ для выполнения конкретных операций с данными. С этими программами работают пользователи, то есть конкретные исполнители работ.
* Вывод - группа прикладного программирования обеспечивает пользовательский интерфейс вычислительной системы.
Группа подготовки данных:
* Функции - подготовка данных, с которыми будут работать программы, созданные прикладными программистами.
Группа технического обеспечения:
* Функции - техническое обслуживание всей вычислительной системы, ремонт и наладка устройств, а также подключение новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений.
Группа информационного обеспечения:
* Функции - обеспечение технической информацией всех прочих подразделений вычислительного центра по их заказу. Создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных - библиотеки программ или банки данных.
Отдел выдачи данных:
* Функции - получение данных от центрального процессора и преобразование их в форму, удобную для заказчика. Информация распечатывается на печатающих устройствах - принтерах или отображается на экранах дисплеев.
Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. В дневное время ЭВМ исполняет менее трудоемкие, но более многочисленные задачи. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени.
2. Мини - ЭВМ.
Компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями, банками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной деятельностью.
На промышленных предприятиях мини - ЭВМ управляют производственными процессами, но могут сочетать управление производством с другими задачами. Для организации работы с мини - ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.
3. Микро - ЭВМ.
Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро - ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек.
Необходимые системные программы обычно покупают вместе с компьютером, а разработку нужных прикладных программ заказывают более крупным ВЦ или специализированным организациям, либо покупают готовое программное обеспечение.
В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты, которые могут вносить в программы изменения, создавать или изменять отдельные фрагменты. Это требует высокой квалификации и универсальных знаний. Программисты, обслуживающие микро - ЭВМ, часто сочетают в себе качества системных и прикладных программистов.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 639; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!